Arsenwasserstoff

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Strukturformel

Allgemeines

Name

Arsenwasserstoff

Andere Namen

Monoarsan, Arsin

Summenformel

AsH₃

CAS-Nummer

7784-42-1^[1]

Kurzbeschreibung

farbloses, sehr giftiges Gas

Eigenschaften

77,9453 g/mol^[1]

gasförmig

3,5198 kg/m³^[1]

-116,9°C^[1]

-62,48 °C^[1]

16 bar^[1] (20 °C)

in Wasser begrenzt löslich (700 mg/l^[1])

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. 1

Gefahrensymbole
T+ Sehr giftig	F+ Hochent- zündlich	N Umwelt- gefährlich

R- und S-Sätze

R: 12-26-48/20-50/53

S: (1/2-)9-16-28-33-36/37-45-60-61

weitere Sicherheitshinweise

MAK

aufgehoben^[1]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Arsenwasserstoff (Monoarsan, Arsin) ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Arsen und Wasserstoff mit der Summenformel AsH₃. Es ist ein äußerst giftiges Gas, das bei der Auflösung von salzartigen Arseniden in Wasser und verdünnten Säuren entsteht.

Die Bezeichnung „Arsenwasserstoff“ wird auch häufig für die Gesamtheit aller Arsen-Wasserstoff-Verbindungen verwendet (siehe Arsane).

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Gewinnung und Darstellung
3 Eigenschaften
- 3.1 Physikalische Eigenschaften
- 3.2 Chemische Eigenschaften
4 Verwendung
5 Antidote bei Arsinvergiftung
6 Sicherheitshinweise
7 Vom Arsenwasserstoff abgeleitete Verbindungen
8 Quellen
9 siehe auch
10 Weblinks

[Bearbeiten] Geschichte

Im Ersten Weltkrieg wurde Arsenwasserstoff als Grünkreuz-Kampfstoff eingesetzt.

[Bearbeiten] Gewinnung und Darstellung

Technisch wird Arsenwasserstoff in einstufiger Reaktion durch sauere Hydrolyse von Arseniden hergestellt. Üblich und sehr einfach durchzuführen ist beispielsweise die Hydrolyse von Zinkarsenid in nicht-oxidierender, wässriger Säure (beispielsweise Schwefelsäure):

$\mathrm{Zn_3As_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 3ZnSO_4 + 2AsH_3}$

Bei sorgfältiger Auswahl der Ausgangstoffe lässt sich auf diesem Weg sehr reiner Arsenwasserstoff erzeugen. Als Nebenprodukt entsteht das oberhalb von -100 °C instabile Diarsan. Weiterhin liefert auch die Hydrierung von Arsen(III)-chlorid (AsCl₃) mittels LiAlH₄ oder NaBH₄ reinen Arsenwasserstoff.

Aus löslichem Arsenhydroxid lässt sich Arsenwasserstoff mittels naszierendem Wasserstoff gewinnen:

$\mathrm{As(OH)_3 + 6H \rightarrow AsH_3 + 3H_2O}$

Auch die elektrochemische Herstellung von Arsenwasserstoff ist ein gangbarer Weg, der schnell an Bedeutung gewinnt. Die elektrochemische Synthese erlaubt die relativ gezielte ad-hoc Herstellung definierter Arsenwasserstoff-Mengen. Die ersten Patente zur elektrochemischen Herstellung von Arsenwasserstoff und anderen Hydriden wurden bereits zu Beginn der 90er Jahre veröffentlicht.

[Bearbeiten] Eigenschaften

[Bearbeiten] Physikalische Eigenschaften

Monoarsan

Arsenwasserstoff (relative Molekülmasse = 77,9453) ist ein pyramidales Molekül mit den drei Wasserstoff-Atomen an der dreieckigen Pyramidenbasis und dem Arsen-Atom an der Pyramidenspitze. Der Bindungswinkel H-As-H ist mit 91,83 ° um einiges geringer als der Tetraederwinkel von 109,5 °, da zum Einen das freie Elektronenpaar am Arsen eine größere elektrostatische Abstoßung ausübt als die bindenden Elektronenpaare. Zum Anderen bewirkt die Bindungslänge As-H von 0,1519 nm, dass die abstoßenden Kräfte zwischen den Schwerpunkten der elektrischen Ladung zweier As-H-Bindungen bei kleineren Bindungswinkeln im Gleichgewicht sind.

Arsenwasserstoff besitzt ein schwaches elektrisches Dipolmoment von 0,22 Debye.

Arsenwasserstoff ist gasförmig und außerordentlich giftig. Es ist farblos und riecht knoblauchartig. Das Gas verflüssigt sich bei −62,48 °C (Siedepunkt) und geht bei −116,93 °C (Schmelzpunkt) in den festen Aggregatzustand über. Der Wert für die Standardbildungsenthalpie von +66,49 kJ/mol zeigt, dass Arsenwasserstoff eine endotherme chemische Verbindung ist. Das bedeutet, dass die Bildung des Moleküls mehr Energie verbraucht als bei der Reaktion frei wird.

[Bearbeiten] Chemische Eigenschaften

Arsenwasserstoff ist eine instabile Verbindung, die durch Erhitzen leicht in ihre Bestandteile zerfällt:

$\mathrm{AsH_3\ \overrightarrow{\leftarrow}\ \frac{1}{n}As_n + 1\frac{1}{2}H_2}$

Wird Arsenwasserstoff verbrannt oder durch ein auf Rotglut erhitztes Glasrohr geleitet und trifft anschließend auf ein gekühltes Porzellanschälchen, so bildet sich ein metallisch glänzender schwarzer Arsenspiegel. Diese chemische Reaktion wird zum analytischen Nachweis von Arsen verwendet (siehe Marshsche Probe).

Arsenwasserstoff verbrennt bei Anwesenheit von Luft mit fahlblauer Flamme zu Arsen(III)-oxid und Wasser:

$\mathrm{2AsH_3 + 3O_2 \rightarrow As_2O_3 + 3H_2O}$

Bei Luftmangel oder bei kühleren Verbrennungstemperaturen verbrennt nur der Wasserstoff. Arsen bleibt in Form von schwarzem Arsen zurück. Das gleiche Verhalten wird auch bei der Verbrennung von Schwefelwasserstoff beobachtet.

$\mathrm{2AsH_3 + 1\frac{1}{2}O_2 \rightarrow \frac{2}{n}As_n + 3H_2O}$

Arsenwasserstoff (AsH₃) ist im Gegensatz zu Ammoniak (NH₃) keine Base. Er wirkt in wässriger Lösung als starkes Reduktionsmittel. Bei Zugabe zu Silbernitrat-Lösung fällt metallisches Silber aus:

$\mathrm{AsH_3 + 3H_2O + 6Ag^+ \rightarrow As(OH)_3 + 6H^+ + 6Ag}$

[Bearbeiten] Verwendung

Trotz seiner unrühmlichen Vergangenheit als chemische Waffe ist Arsenwasserstoff heute ein gebräuchliches technisches Produkt. In der Halbleiterindustrie wird Arsenwasserstoff als Dotiergas im großen Stil und nicht unbedeutender Menge im Rahmen der thermischen Dotierung von Silicium im Diffusionsofen-Prozess und bei der Ionenimplantation eingesetzt.

Die Entsorgung von Arsenwasserstoff-Rückständen ist sehr problematisch, da nicht nur Arsenwasserstoff selbst, sondern auch alle Arsenwasserstoff-Folgeprodukte extrem toxisch und gesundheitsschädlich sind. Üblich ist die Adsorption an Aktivkohle. Nach Gebrauch muss die beladene Aktivkohle als Sondermüll in speziellen Tiefdeponien endgelagert werden.

[Bearbeiten] Antidote bei Arsinvergiftung

Bei Vergiftung wird in Notfallkliniken DMPS: Dimaval oder Dimercaptopropansulfonat als Gegengift verabreicht. Es handelt sich dabei um (RS)-2,3-Dimercapto-1-propansulfonsäure.

[Bearbeiten] Sicherheitshinweise

Arsenwasserstoff ist hochgradig giftig. Ist man einer Konzentration von 20 mg/m³ länger als 50 Minuten ausgesetzt, so wirkt diese tödlich (letale Dosis). 3-10 mg/m³ rufen nach mehreren Stunden Vergiftungserscheinungen hervor.